教案
教学安
排与过
程设计
(含课时
分配)
约10分
钟
约10分
钟
约45分
钟
教学过程：
一、课程介绍
介绍本专业特点及从业方向和岗位群。
二、引入新课题
为了提高加工效率，降低加工当中人为因素所造成的制约生产质量的原因。最早由美国在50
年代提出的生产新型设备（数字设备）到现在形成规模化、成熟化的数控设备——数控机床。
三、教学内容
1 数控机床。就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与
停车、自动关停冷却液等）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。
2 数字控制（Numerical Control），简称NC，它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术，
用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，称作数控机床。
3 计算机数控（Computer Numerical Control），简称CNC。现代数控系统是采用微处理器或专
用微机的数控系统，由事先存放在存储器里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，称为CNC系统，这样的机床一般称为CNC机床。
总之，数控机床是数字控制技术与机床相结合的产物，从狭义的方面看，数控一词就是“数控机床”的代名词，从广义的范围来看，数控技术本身在其他行业中有更广泛的应用，称为广义数字控制。数控机床就是将加工过程的各种机床动作，由数字化的代吗表示，通过某种载体将信息输入数控系统，控制计算机对输入的数据进行处理，来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床加工出所需要的工件，其过程见下图。
数控机床的组成
1．1输入、输出装置
1．2数控装置
1．3伺服系统
1．4检测反馈系统
1．5机床本体
教案
教学安排与过程设计(含课时分配)约10分钟
约10分钟
约45分钟教学过程：
一、复习旧课
讲评实训课题。
二、引入新课题
在生产过程中，如何让机床能懂得操作者的目的且能正确按操作者的想法加工出符合图
纸要求的零件——程序编制。
三、教学内容
数控程序编制的基本知识
1、数控编程的概念
在普通机床上加工零件，一般要由工艺员按照零件图样制定零件的加工工艺规程。然后由操作者按工艺规程进行零件加工。也就是说零件的加工过程是由人来完成的。而在数控设备上加工零件时，则首先要进行程序编制，将加工零件的加工顺序，工件与刀具相对运动轨迹的尺寸数据，工艺参数(主运动和进给运动速度、背吃刀量等)以及辅助操作(换刀、主轴正反转、切削液开关、工件夹紧与松开等)等加工信息，用规定的数字、符号组成的代码，按照一定的格式编写成加工程序单，并将程序单的信息记录在控制介质上，然后输入到数控装置。数控装置再将输入的信息进行运算处理后转换成驱动伺服机构的指令信号(脉冲信号)，最后由伺服机构控制机床的各种动作，自动地加工出零件来。我们将从零件图的分析到制成控制介质的全部过程称为数控程序的编制，简称数控编程。
2、数控编程的内容与步骤
2．1．数控编程的内容
一般说来，数控编程的主要内容有：分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件的加工程序单、制作控制介质、校对检查程序和首件试切。
2．2．数控编程的步骤．
数控编程的步骤一般如图所示。
3、数控编程的分类方法
数控编程的方法有手工编程和自动编程两种。
程序结构
程序的组成如下图所示：
程序号
每个存储在零件存储器中的程序都需要指定一个程序号来加以区别，这种用于区别零
件加工程序的代号称为程序号。程序号是加工程序的识别标记，因此同一机床中的程序号
不能重复。
程序号写在程序的最前面，必须单独占用一行。
FANUC系统程序号的书写格式为O﹡﹡﹡﹡，其中O为地址，其后为四位数字，数值从
O0000到O9999，在书写时其数字前的零可以省略不写。如O0020可写成O20。另外，需要
注意的是，O0000到O8000以后的程序号，有时在数控系统中有特殊的用途，因此在普通
数控加工程序中应尽量避免使用。
程序内容
程序内容是整个程序的核心，它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构
成，它表示数控机床的全部动作。
程序结束
程序结束通过M代码来实现，它必须写在程序的后面。
可以用作程序结束标记的M代码有M02和M30，它们代表零件加工主程序的结束。为
了保证最后程序段的正常执行，通过要求M02（M30）也必须单独占一行。
程序段的基本格式
程序段是程序的基本组成部分，每个程序段由若干个数据字构成，而数据字又由表示
地址的英文字母、特殊文字和数字构成。如G01、X100等。
通常情况下，程序段格式有字—地址程序段格式、使用分隔符的程序段格式、固定程
序段格式三种。
字—地址程序格式如下：
绝对坐标系与增量（相对）坐标系
刀具（或机床）运动轨迹的坐标值是以相对于固定的坐标原点O给出的，即称为绝对坐标。该坐标系称为绝对坐标系。如下左图所示，A、B两点的坐标均以固定的坐标原点O计算的，其值为：A（X=12.0，Z=10.0）、B（X=37.0，Z=30.0）。
教案
教学安 排与过 程设计 (含课时 分配) 约10分 钟 约10分 钟 约45分 钟 教学过程： 一、课程介绍 介绍本专业特点及从业方向和岗位群。 二、引入新课题 为了提高加工效率，降低加工当中人为因素所造成的制约生产质量的原因。最早由美国在50 年代提出的生产新型设备（数字设备）到现在形成规模化、成熟化的数控设备——数控机床。 三、教学内容 1 数控机床。就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与 停车、自动关停冷却液等）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。 2 数字控制（Numerical Control），简称NC，它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术， 用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，称作数控机床。 3 计算机数控（Computer Numerical Control），简称CNC。现代数控系统是采用微处理器或专 用微机的数控系统，由事先存放在存储器里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，称为CNC系统，这样的机床一般称为CNC机床。 总之，数控机床是数字控制技术与机床相结合的产物，从狭义的方面看，数控一词就是“数控机床”的代名词，从广义的范围来看，数控技术本身在其他行业中有更广泛的应用，称为广义数字控制。数控机床就是将加工过程的各种机床动作，由数字化的代吗表示，通过某种载体将信息输入数控系统，控制计算机对输入的数据进行处理，来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床加工出所需要的工件，其过程见下图。 数控机床的组成 1．1输入、输出装置 1．2数控装置 1．3伺服系统 1．4检测反馈系统 1．5机床本体
三、教学容 1数控机床。就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松夹工件、进刀与退刀、开车与 布置学停车、自动关停冷却液等）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿 生作业孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控 练习约制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。 15分钟 2数字控制（Numerical Control ）,简称NC ,它是采用数字化信息实现加工自动化的控制技术， 用数字化信号对机 床的运动及其加工过程进行控制的机床，称作数控机床。 3计算机数控（Computer Numerical Control ），简称CNC 。现代数控系统是采用微处理器或专 用微机的数控系统，由事先存放在存储器里的系统程序（软件）来实现控制逻辑，实现部分或全部 数控功能，并通过接口与外围设备进行联接，称为 CNC 系统，这样的机床一般称为 CNC 机床。 总之，数控机床是数字控制技术与机床相结合的产物，从狭义的方面看，数控一词就是“数控机 床”的代名 词，从广义的围来看，数控技术本身在其他行业中有更广泛的应用，称为广义数字控制。 数控机床就是将加工过程的各种机床动作， 由数字化的代吗表示， 通过某种载体将信息输入数控系 统，控制计算机对输入的数据进行处理，来控制机床的伺服系统或其他执行元件，使机床加工出所 需要的工件，其过程见下图。 数控机床的组成 1. 1输入、输出装置 1. 2数控装置 1. 3伺服系统 1. 4检测反馈系统 1. 5机床本体 教学安 排与过 程设计 （含课时 分配） 约10分 钟 约10分 钟 教学过程： 一、 课程介绍 介绍本专业特点及从业方向和岗位群。 二、 引入新课题 为了提高加工效率，降低加工当中人为因素所造成的制约生产质量的原因。最早由美国在 50年代提出的生产新型设备（数字设备）到现在形成规模化、成熟化的数控设备一一数控机 约45分 钟 约10分 钟 床。
数控技术课程教案 第一章绪论 本章重点：1.数控机床概念 2.数控机床采用的新颖机械结构 3.数控机床按检测系统的分类 一般了解：数控机床的组成、数控机床的优缺点、数控机床的发展趋势 一、数字控制：用数字化信号对机床的运动及其加工过程 进行控制的一种控制方法。 数控机床：国际信息处理联盟（IFIP）第五技术委员会，对数控机床作了如下定义：一种装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑的处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。 二、数控机床的产生与发展： （一）产生： 1、传统的生产方法已满足不了生产需求 1)单件小批量生产——占70%，一般用试切 法，技术水平要求高，劳动强度大，精度
不高，无法实现自动化。如：普通车、铣、 刨、磨床等 2)工艺流水作业——调整法加工，生产率提 高，精度提高，成本低，品种多，采用组 合机床，多机床配合，环节出现问题，生 产停滞。 3)自动机床：用凸轮控制，适于生产简单工 件，且改型困难 2、社会的需求 1)品种多样化 2)零件精度和形状复杂程度不断提高 3)生产品种的频繁换型 3、技术上的可行性 1)电子计算机的发明 2)电子技术的发展 a、现代控制理论的发展
b、各种功能优越件的产生 c、大规模集成电路的出现 3)新颖机械结构的出现 a、滚珠丝杠—代替普通丝杠，动作更灵 活，间隙更小，精度提高 b、滚动导轨—代替滑动导轨，移动灵 活，克服爬行和前冲现象 4)机床动态特性的研究成果 使机床的刚度更好，主轴转速更高，抗振 性提高 由于生产的发展要求出现新的生产工具，而在技术上又已具备了条件，于是在1948年，美国帕森斯公司提出应用计算机控制机床加工的设想，并与麻省理工学院合作进行研制工作。1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床。1958年我国开始研制数控机床。 (二) 发展： 1952——1959年，电子管制成数控机床控制系统
知识目标：1数控机床的组成 2数控机床的分类 3数控机床的加工特点 技能目标：1能说出数控机床的组成 2能说出数控机床的各种分类特点 3能说出数控机床优于普通机床的加工特点 任务下达:任务一、数控机床 任务分析 相关知识2 1数控机床的组成，输入/输出设备。数控装置，伺服系统，机床本体，检测反馈装置。 2数控机床的分类 （1）按加工方式分为 金属切削累，金属成型累，特种加工类，其他类 （2）按控制系统功能分类 点位控制数控机床 直线控制数控机床 轮廓控制机床 （3）按伺服控制分类 开环控制数控机床 闭环控制数控机床
半闭环控制数控机床 （4）按数控系统的功能分 高档数控机床 中档数控机床 抵挡数控机床 （5）按可联动的轴数分 两轴控制 两州半控制（两个轴式连续控制，第三轴式位位或直线控制） 多轴控制 3数控机床的加工特点 适应性强 适合加工复杂型面得零件 加工精度高加工质量稳定 加工生产率高 一机多用 减轻操作者的劳动强度 有利于生产管理的现代化 价格较费 调试于维修较复杂 任务实施：通过多媒体教学师生互动完成对数控机床组成，分类，加工特点的认知
任务评价：通过提问检查授课的效果
知识目标：1数控.数控机床的概念 2数控机床的发展趋势 技能目标: 1能说出普通机床与数控机床的根本区别 2能说出数控.数控机床的概念 3 能说出数控机床的发展趋势 任务下达: 任务二、认识数控机床 相关知识1 普通机床与数控机床在加工零件的根本区别:数控机床是按 事先编制好的加工程序自动的完成对零件的加工而普通机 床是由操作者按照工艺规程通过手动操作来完成零件的加 工. 1数控/数控机床 数控:数字控制CNC-Numberied.Control）的简称。是用数字 化信号对机床的运动及加工过程进行控制的自动控制技术 数控机床：采用数字控制的机床或装备了数控系统的机床 2数控机床的产生 (1)1949年美国密执安州特拉弗斯城帕森斯公司的帕森斯。为精 确的制作直升飞机叶片的样板.设想了用电子技术控制坐标的 镗床的方案 (2)1989年美国空军后勤司令部位了在短时间内造出经常变更设 计的火箭零件于帕森斯公司合作.并选择麻省理工学院伺服机 构研究所协作单位.于1952年研制成功
数控镗铣床结构与应用 项目任务：1.数控镗铣床的应用。 2.数控铣床的传动系统及功能部件的结构。 3.加工中心的布局和分类。 4.立式加工中心的传动系统及功能部件的结构。 5.卧式加工中心的传动系统及功能部件的结构。 6.加工中心知识拓展。 第一单元：模块一数控镗铣床的应用 模块二数控铣床 学习目标：1.了解数控铣床加工的典型案例。 2.熟悉数控铣床的应用范围。 3.了解加工中心加工的典型实例。 4.熟知加工中心的特点。 5.熟悉立式加工中心和卧式加工中心的应用范围。 6.熟知数控铣床的布局及分类。 7.了解XK5750数控铣床的主要技术参数。 教学重点：1.数控铣床加工的典型案例和应用范围。 2.加工中心加工的特点和典型加工实例。 3.立式加工中心和卧式加工中心的应用范围。 4.数控铣床的布局及分类。 教学难点：1.加工中心加工的典型实例。 2.立式加工中心和卧式加工中心的应用范围。 3.立、卧两用数控铣床的布局。 辅助教学：1.多媒体课件 2.微课 单元学时：2学时 教学过程： 模块一数控镗铣床的应用 一、数控铣床加工的典型案例 1.加工板类零件 图4-1所示为典型的板类零件，主要加工平面、外轮廓、型腔及连接孔系等，适合采用
数控铣床进行加工，先粗加工、后精加工。 2.加工凸轮类零件 如图4-2所示零件为典型的圆盘凸轮零件，其毛坯为铸件，零件定位基准已加工完成，本工序主要加工凸轮槽的内、外轮廓。该凸轮零件很适合在数控铣床上加工，先粗铣、后精铣。 3.加工模具类零件 图4-3所示的餐盘凸模具为曲面轮廓，适合采用三轴联动的数控铣床加工，先进行粗加工、后进行经精加工。 加工曲面轮廓，其精加工要选用球头铣刀。 二、数控铣床的应用范围 在机械制造业，数控铣床用途广泛，可以加工各种平面、成型表面、螺旋槽、沟槽和孔，也可以加工各种平面曲线轮廓和三维曲面轮廓，例如凸轮、模具、样板等零件。 通常数控铣床所加工的零件，在普通铣床上是难以加工或无法完成的。数控铣床适合应用于一般机械加工、汽车制造、模具制造及航空航天领域。 三、加工中心加工的典型案例 1.加工箱体类零件 图4-4所示的零件属于箱体类零件，主要加工内容包括用铣刀加工平面、用镗刀加工孔系和加工连接孔。通常箱体类零件工艺过程复杂且加工精度要求高，适于采用卧式加工中心进行加工。 2.加工模具类零件 图4-5所示的连杆模具零件，加工内容包括铣削平面、分层铣削连杆外轮廓及孔加工等。先进行粗加工、后进行经精加工，该零件适于采用立式加工中心加工。 3.加工曲面零件 图4-6所示的零件为钛合金材料人工膝关节，是较复杂的曲面类零件，其加工表面为三维曲面，需要采用五轴联动的加工中心进行加工。
实验一数控机床的认识实验 一、教学目的与要求：通过本次实验，要求学生掌握数控机床的硬件基本组成，了 解数控机床的工作原理，掌握当今主流数控系统的控制面版的基 本组成，掌握FANUC系统操作面版的基本操作。 二、主要实验设备及仪器 数控机床；南京斯沃数控仿真软件；计算机 三、实验内容： 1、数控机床的组成及基本工作原理 1、数控机床的基本硬件组成； 2、普通机床与数控机床的区别； 3、数控机床的刀架与普通机床刀架的区别； 4、数控机床开机的步骤； 5、数控机床的关机的步骤； 6、数控机床加工的基本工作原理； 2、主流数控系统控制面版的基本组成 1、SIEMENS802S系统操作面版的基本组成。 2、FANUC-MATE-0系统操作面版的基本组成。 3、华中数控世纪星系统的操作面版的基本组成。 3、FANUCOiT系统的基本操作 1、介绍南京斯沃数控仿真软件的基本功能。（结合实际机床） 2、介绍数控仿真软件的各菜单、按键的功能。 3、介绍FANUCOiT数控系统的主要工作方式： （1）JOG工作方式（手动操作） （2）REF工作方式（回零操作） （3）VAR工作方式（步进操作） （4）AUTO工作方式（自动加工方式） （5）SBL工作方式（单段操作） （6）MDI工作方式（手动数据输入自动加工方式） 4、介绍手动主轴正反转的操作。 5、介绍手动移动坐标轴（结合机床坐标系和编程坐标系的理解） 6、介绍如何确定数控机术的行程范围。 7、介绍对程序功能的管理（删除、拷贝、修改、输入程序）等基本操作。 学生完成的内容（55分钟） 详见实验报告（一）
姓名同组人 实验室实验名称时间 实验一数控机床的认识实验 一、实验目的： 1、了解该机床的坐标系统； 2、了解该机床的功能及结构； 3、了解机床控制面板各键和按纽的功能及用途； 4、熟练掌握开机、关机的操作步骤； 5、熟练掌握回零、手动、手轮方式的操作； 6、熟练掌握主轴启动、停止、正转、反转的操作。 二、实验设备： 数控机床 三、实验内容： （1）机床开机步骤 （2）手动方式操作 （3）回零方式操作 （4）自动方式操作 （5）MDA方式操作 （6）程序显示操作 （7）主轴启动（正转/反转）
学习任务：1. 数控车床加工的典型案例及应用。 2. 数控车床的组成及分类。 3. 卧式数控车床的传动系统及功能部件结构。 4. 车削中心。 5. 数控车床的知识拓展。 第一单元：模块一数控车床的应用 模块二数控车床的组成及分类 学习目标：1.了解数控车床加工的典型案例。 2.熟悉数控车床的应用范围。 3.掌握数控车床的组成和布局结构。 4.掌握数控车床的分类特征。 教学重点：1.数控车床加工零件的典型案例。 2.数控车床的分类与应用。 教学难点：数控车床刀架相对导轨的布局形式 辅助教学：1.多媒体课件 2.微课 单元学时：2学时 教学过程： 模块一数控车床的应用 一、数控车床加工的典型案例 1. 加工轴类零件 图3-1所示的零件为典型的轴类零件，主要加工面为圆柱面、圆弧面、端面、外螺纹面、倒角及切槽等。该零件适于采用卧式数控车床加工，先将棒料毛坯的两端面车平，之后需要两次安装，分别加工零件的两侧。 2. 加工套类零件 图3-2所示的不锈钢套筒属于套类零件，毛坯为不锈钢铸件，该零件的主要加工面适于采用卧式数控车床加工，需要两次安装，分别加工零件两侧的内、外轮廓。 3. 加工盘类零件 图3-3所示的蜗轮透盖为典型的盘类零件，毛坯为铝合金铸件（ZL201），该零件的主要加工面适于采用卧式数控车床加工，且分为粗加工序和精加工序。 零件上的6×φ9 mm孔和2×M8-7H螺孔适于在数控钻床或普通钻床上加工。 4. 加工齿轮毛坯零件
图3-4所示的零件为拖拉机上弧齿锥齿轮的毛坯零件，材料为45钢，是径向尺寸较大的盘类零件，主要加工面为内外圆柱面、圆锥面、端面（一侧端面有锥度）、倒角及切端面槽等，适于采用立式数控车床加工。需要两次安装，分别加工零件顶面和底面的内、外轮廓。 5.连接件 图3-5所示连接件除了要加工圆柱面、圆弧面、端面、倒角、切槽之外，还要加工径向孔、与工件中心不同心的轴向孔及端面圆弧槽等，工艺过程复杂，适于采用车削中心加工，而且需要两次安装。 二、数控车床的应用范围 数控车床特别适于加工形状复杂的轴类或盘类零件。其加工零件的尺寸精度可以达到IT5～IT6，加工表面的粗糙度可以达到Ra 1.6 μm以下。 数控车床被广泛应用于机械制造业，例如汽车制造厂、发动机制造厂等。 模块二数控车床的组成及分类 一、数控车床的组成与布局 1.数控车床的组成及特点 图3-6为卧式车床外观图，图3-7为数控车床外观图。结合学习机械制造基础课程和车工实习得到的感性认识，数控车床的进给系统与卧式车床的进给系统在结构上存在着本质上的差别。图3-8所示的数控车床，X轴伺服电动机6经滚珠丝杠传动X向滑板5，带动回转刀架7实现X轴进给运动;同理，Z轴的伺服电动机经滚珠丝杠传动Z向滑板8，带动回转刀架实现Z轴进给运动。可见数控车床进给传动系统的结构较普通车床大为简化。 数控车床也有加工各种螺纹的功能，如图3-8所示。主轴箱内安装有脉冲编码器2，主轴的运动通过同步齿形带3以1∶1的速比传到脉冲编码器。当主轴旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋转与刀架的切削进给保持同步关系，即实现加工螺纹时主轴转一转，刀架Z向移动一个导程的运动关系。 中高档的数控车床一般都采用全封闭式的防护装置，经济型的数控车床通常采用半封闭式的防护装置，其导轨无防护罩。
精品文档 组织教学： 1、考勤 2、安全教育 3、强调课堂气氛、课堂纪律 导入新课： 讲授新课： 项目一：认识数控机床及工作过程 相关理论： 数控机床：采用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的机床，称为数控机床。 计算机数控（ CNC）：采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能，则称为计算机数控。 一、数控机床的产生及发展 （一）、产生：机械产品的自身要求；单件、多品种小批量零件约占 80%以上。 （二）、发展过程： （1）、国际情况 第一代： 1952至 1959年，采用电子管、继电器元件； 第二代： 1959年开始，采用了晶体管分立元件；
第三代： 1965年开始，采用集成电路； 第四代： 1970年开始，采用大规模集成电路及小型计算机；（CNC系统） 第五代： 1974年开始，采用微型计算机。（MNC系统） （2）、国内发展情况： 1958年开始研究 20世纪 60年代末 70年代初—研制出一些晶体管式数控系统，如： 1968年研制成功 X53K--1 立式铣床 1975年研制成功第一台加工中心 1985年进入实用阶段 1986—1990 年数控机床大发展时期 1991年300 多种 十. 五目标数控机床年增长率 :>18% 2005年产量 : 25000~30000 台品种 : 2000 种数控化率: 20% 。 （3）. 数控机床的发展趋势 高可靠性：提高元器件和系统的可靠性；采用抗干扰技 术，提高数控系统对环境的适应能力；使数控系统模块化、通用 化和标准化；提高自诊断及保护功能； 高柔性化：柔性：指机床适应加工对象变化的能力
数控技术课程教案 河北工程学院
数控技术》教案 课程编码： 课程名称：数控技术 学时：46 学时学分：3 学分 开课学期：第七学期 课程类别：必修 课程性质：专业基础课 先修课程：电工电子技术，微机原理及应用， 机械工程控制基础等 教材：《机床数字控制》（第一版）廖效果编著机械工业出版社 授课对象：机电学院机械制造及自动化本科 工业设计、材料成型与控制本科授课教师：机械制造系魏效玲，薛会民，刘洵， 柴保明，吴炳胜
第一节教学内容第一章概论 一、教学目的 掌握数字控制和数控机床等基本概念、组成及分类，了解数字控制原理及数控机床的加工特点，了解数控技术的产生背景、发展现状及发展趋势。 二、教学时间：2课时 三、内容 数控与数控机床的基本概念、加工过程、特点、主要技术指标、组成与 分类，加工的适应性、数控技术的发展、十五目标及数控技术的发展趋势 四、教学方法 介绍基本概念，讲授数字控制原理，分析数控机床的组成，根据以上讲述内容再归纳数控机床的加工特点，借助简图和表格等形式配合内容讲解。结合数控技术的发展将课程前沿问题介绍给学生。对编程基本知识先提出问题，启发学生思维，然后再讲解。 四、作业 1数控机床、数控技术的基本概念 2、数控机床的特点、组成、各部分作用、分类 3、数控机床的加工原理、使用范围 4、数控技术的发展趋势 5、什么是点位控制、直线控制、轮廓控制数控机床？ 6、按伺服系统的控制原理数控机床分哪几类？ 7、数控机床的发展趋势主要有哪些？ 8如何提高数控机床的精度、速度和可靠性 9、.CNC装置的主要技术指标有哪些？ 第二节内容第二章数控加工程序的编制 一、教学目的 1?学习数控加工工艺的基础知识。 2?介绍程序编制的代码及格式
《数控车床编程与加工操作》说课稿 数控技术教研室王雷 一、教材分析 （一）教材简介： 我所讲的课程，选用的是《数控车床编程与操作项目教程》是南京市职业教育机械类专业规划教材，是南京职业教育课程改革系列理论研究和时间成果之一。 《数控车床编程与操作项目教程》本书以就业为导向，以国家职业标准中级数控车工考核要求为基本依据，从职业院校学生基础能力出发，遵循专业理论的学习规律和技能的形成规律，根据数控车床加工元素的特征分教学模块，按照由简到难的顺序，设计一系列课题（项目），使学生在课题引领下学习数控车床编程与操作的相关理论和技能，避免理论教学与实践相脱节。 在日常教学中以突出实践操作为主，在分析加工工艺的基础上应用多种实例，重点讲述了对企业生产中常见产品类型进行数控加工的操作方法和编程思路，详细讲解每一例题，以指令+图例+实例+练习的学习方式逐步深入地学习编程指令。通过精心挑选的典型案例，使学生对数控加工的编程和工艺进行了重点的学习。 该课程综合应用了同学们学习过的《机械制造工艺学》、《金属切削原理与刀具》、《公差配合与技术测量》等课程，增强了同学们综合知识的应用，培养了同学们对数控技术的综合应用能力。为学生创造在实践中学习理论，在理论的指导下进行实践的良好环境。 随着这两年数控技术的不断发展，数控系统的不断升级更新，该教材上部分内容就显得滞后、过时了。这就要求我们教师在备课时应多搜集相关资料，作为对该教材的完善及补充。 （二）课程定位： 1、是数控专业的核心课程之一。 2、是一门综合性和实践性很强的课程。 3、培养学生具有一定机械加工知识和数控技术知识。 4、为毕业后从事数控加工工作岗位奠定基础。 （三）教材重点、难点和解决办法 1、教学重点： （1）数控机床坐标系的概念
数控车床概述 【课题】全国中等职业技术院校数控类行动导向教材 《数控车削编程与加工》(中国劳动保障出版社） 第一单元任务一 教学目标： 知识技能目标：①能够叙述数控机床的基本概念、发展史、发展趋势。 ②能够叙述数控机床的的组成与分类。 ③能够叙述数控机床的主要参数及各参数的意义。 ④能够阐述数控车床的工作原理与加工过程,并举例 说明生产中的车削应用。 过程方法目标:在任务学习的过程中，能通过多种渠道收集信息,会对收集的信息进行处理、分析和概括。具有信息收集、 信息处理能力和分析概括能力。 情感态度目标:在任务学习中，参与师生、生生之间的信息交流活动，能相互合作,共同解决问题。具有信息交流和相互合 作的能力。 教学重点、难点: 重点:数控机床的组成与分类，数控车床的工作原理与加工过程。 难点：数控车床的工作原理与加工过程
教学方法：观察、讨论、交流 ,自主探究法。 学情分析：数控车第一次课，学生初次接触数控，学生对自己未来职业的特点还没有初步的了解,所以本次课以吸引学生对数 控的兴趣为主要教学思路,结合数控的当前形势与发展让 学生了解未来职业的特点。 教学准备：搜集各类数控机床图片，多媒体视频课件，安排数控车间参观。 教学过程设计: 教学内容课堂互动设计要点一．知识讲解 1、数控机床概述： 世界上先进的加工制造视频 (1）数控机床的概念 是采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。 1）数控技术:用数字、字母和符号进行编程，对某一 工作过程进行操作的自动控制技术。 2)数控系统：实现数控机床相关功能的软硬件系统, 是数控技术的载体。 课堂互动 (2）数控机床的发展史 从20世纪5０年代世界第一台数控机床问世到今已经历6０年。数控机床经过了两个阶段共６代的发展历程。1）第一阶段:硬件数控（NC） 第一代1９５２年的电子管 第二代1９59年的晶体管 第三代1９６5年的小规模集成电路。说说日常生活中 哪些东西是由数 控的。 说说世界上第一 台数控机床是哪 年生产的，数控 机床发展历经了 哪几个? 以先进的数 控机床加工 视频来调动 学生学习数 控的兴趣, 使学生对数 控加工有个 感性认识。 拓展学生的 学习思维 教师先举例 比如电梯， 机器人等。 教师简要介 绍数控机床 发展的历史 背景
组织教学： 1、考勤 2、安全教育 3、强调课堂气氛、课堂纪律 导入新课： 讲授新课： 项目一：认识数控机床及工作过程 相关理论： 数控机床：采用数字化信号对机床的运动及加工过程进行控制的机床，称为数控机床。 计算机数控（CNC）：采用存储程序的专用计算机来实现部分或全部基本数控功能，则称为计算机数控。 一、数控机床的产生及发展 （一）、产生：机械产品的自身要求；单件、多品种小批量零件约占80%以上。 （二）、发展过程： （1）、国际情况 第一代：1952至1959年，采用电子管、继电器元件； 第二代：1959年开始，采用了晶体管分立元件； 第三代：1965年开始，采用集成电路；
第四代：1970年开始，采用大规模集成电路及小型计算机；（CNC系统） 第五代：1974年开始，采用微型计算机。（MNC系统） （2）、国内发展情况： 1958年开始研究 20世纪60年代末70年代初—研制出一些晶体管式数控系统，如：1968年研制成功 X53K--1立式铣床 1975年研制成功第一台加工中心 1985年进入实用阶段 1986—1990年数控机床大发展时期 1991年 300多种 十.五目标数控机床年增长率:>18% 2005年产量: 25000~30000台品种: 2000种数控化率: 20%。 （3）.数控机床的发展趋势 高可靠性：提高元器件和系统的可靠性；采用抗干扰技术，提高数控系统对环境的适应能力；使数控系统模块化、通用化和标准化；提高自诊断及保护功能； 高柔性化：柔性：指机床适应加工对象变化的能力 高精度化：利用数控系统的补偿功能；采用高分辨率，高响应性的绝对位置传感技术；提高数控机床机械本体中基础大件的
第一章绪论 本章重点：1.数控机床概念 2.数控机床采用的新颖机械结构 3.数控机床按检测系统的分类 一般了解：数控机床的组成、数控机床的优缺点、数控机床的发展趋势 一、数字控制：用数字化信号对机床的运动及其加工过程 进行控制的一种控制方法。 数控机床：国际信息处理联盟（IFIP）第五技术委员会，对数控机床作了如下定义：一种装了程序控制系统的机床。该系统能逻辑的处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。 二、数控机床的产生与发展： （一）产生： 1、传统的生产方法已满足不了生产需求 1)单件小批量生产——占70%，一般用试切 法，技术水平要求高，劳动强度大，精度 不高，无法实现自动化。如：普通车、铣、
刨、磨床等 2)工艺流水作业——调整法加工，生产率提 高，精度提高，成本低，品种多，采用组 合机床，多机床配合，环节出现问题，生 产停滞。 3)自动机床：用凸轮控制，适于生产简单工 件，且改型困难 2、社会的需求 1)品种多样化 2)零件精度和形状复杂程度不断提高 3)生产品种的频繁换型 3、技术上的可行性 1)电子计算机的发明 2)电子技术的发展 a、现代控制理论的发展 b、各种功能优越件的产生 c、大规模集成电路的出现 3)新颖机械结构的出现
a、滚珠丝杠—代替普通丝杠，动作更灵 活，间隙更小，精度提高 b、滚动导轨—代替滑动导轨，移动灵 活，克服爬行和前冲现象 4)机床动态特性的研究成果 使机床的刚度更好，主轴转速更高，抗振 性提高 由于生产的发展要求出现新的生产工具，而在技术上又已具备了条件，于是在1948年，美国帕森斯公司提出应用计算机控制机床加工的设想，并与麻省理工学院合作进行研制工作。1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床。1958年我国开始研制数控机床。 (二) 发展： 1952——1959年，电子管制成数控机床控制系统 1959——1965年，晶体管制成数控机床控制系统 1965——1970年，小规模集成电路 1970——1974年，大规模集成电路 1974——，微型计算机
课题教学目标 教学重点 难点教学过程 第二章数控车床编程基础教案 第一节数控加工的基本过程及其坐标系课时 2 1.了解数控车床加工的基本过程 2.理解数控车床编程的概念及内容 3.掌握数控机床的坐标系 1.数控编程的概念及内容 2.数控机床的坐标系 主要教学内容及步骤 一、数控机床编程概念 1.数控编程概念 1）数控加工程序 根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信 息，按数控系统所规定的指令和格式编制的数控加工指令序列，就是数控加工程序，或称零件程序。 2）数控编程 制备数控加工程序的过程称为数控加工程序编制，简称数控编程 (NC programming) 。 2.数控编程的内容及步骤（图 1） 图1 数控车床编程过程 （1）分析零件图样 （2）确定工艺过程 （3）图形的数学处理 （4）编写程序单及程序的输入 （5）程序校验 （6）首件试切 3.数控编程方法 1）手工编程 含义：根据数控系统规定的功能指令代码和程序格式编写出数控加工程序单。整个 编程的过程（分析零件图→确定加工工艺→数值计算→编写零件加工程序单→制备 控制介质→程序校验）都是由人工完成。 特点：这种方式比较简单，容易掌握，适应性较大。 应用范围：适用于加工形状不太复杂的（如点位加工、由直线和圆弧组成的轮廓加工）、计算量不大的零件。 2）自动编程 含义：是经过计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）处理，由计算机自动生成加工程序。
特点：这种方式适应面广、效率高、程序质量好，但投资大，掌握起来需要一定时 间。 适用范围：适用于加工形状复杂的（如具有非圆曲线、列表曲线和曲面组成的）零 件编程，以及各类柔性制造系统（FMS）和集成制造系统（ CIMS），应用广泛。 二、数控机床的坐标系 1.机床坐标系的命名规定 1）规定 不论是刀具移动，还是工件移动，一律假定刀具相对于静止的工件移动。 刀具与工件之间距离增大的方向为坐标轴的正方向。 2）机床坐标系 为了确定机床的运动方向和移动的距离，要在机床上建立一个坐标系，这个坐 标系就是标准坐标系，也叫机床坐标系，机床坐标系采用右手笛卡尔坐标系。 图 2右手笛卡尔坐标系 图3机床坐标系的建立 2.机床坐标轴方向和方位的确定 1）Z轴的规定 平行于机床主轴轴线的坐标轴为Z轴，如数控铣床主轴带动刀具旋转，与主轴 平行的坐标即为 Z坐标，如图 4所示； 图4立式数控铣床坐标系 取刀具远离工件的方向为其正方向，如钻孔时钻入工件的方向为负方向，而退 出方向为正方向； 对于没有主轴的机床，如牛头刨床取垂直于装夹工件的工作台的方向为Z轴方向； 如果机床有几个主轴，则选择其中一个与装夹工件的工作台垂直的主轴为主要 主轴，并以它的方向作为Z轴方向。 2）X轴的规定 X轴位于与工件定位平面相平行的水平面内，且垂直于Z轴。 对于工件旋转的机床， X轴在水平面内且垂直于工件旋转轴线，刀具离开工件的 方向为正方向，如图 5所示；
项目三数控车床 学习任务：1.数控车床的应用、组成和分类。 2.卧式数控车床的传动系统及功能部件结构。 3.车削中心有别于数控车床的特点及自驱动刀具结构。 4. 数控车床的操作规程及基本操作方法。 第一单元：模块一数控车床的应用； 模块二数控车床的组成及分类 学习目标：1.了解数控车床加工的典型案例。 2.熟悉数控车床的应用范围。 3.掌握数控车床的组成和布局结构。 4.掌握数控车床的分类特征。 教学重点：1.数控车床加工零件的典型案例。 2.数控车床的分类与应用。 教学难点：数控车床刀架相对导轨的布局形式 辅助教学：多媒体课件 教学过程： 模块一数控车床的应用 一、数控车床加工的典型案例 1. 加工轴类零件 图3-1所示的零件为典型的轴类零件，主要加工面为圆柱面、圆弧面、端面、外螺纹面、倒角及切槽等，而且要满足工件图样上尺寸精度、形状精度、位置精度及表面粗糙度的要求。该零件适于采用卧式数控车床加工，先将棒料毛坯的两端面车平，之后需要两次安装，分别加工零件的两侧。 2. 加工套类零件 图3-2所示的不锈钢套筒属于套类零件，毛坯为不锈钢铸件，该零件的主要加工面适于采用卧式数控车床加工，需要两次安装，分别加工零件两侧的内、外轮廓。 3. 加工盘类零件 图3-3所示的蜗轮透盖为典型的盘类零件，毛坯为铝合金铸件（ZL201），该零件的主要加工面适于采用卧式数控车床加工，且分为粗加工序和精加工序。 零件上的6×φ9 mm孔和2×M8-7H螺孔适于在数控钻床或普通钻床上加工。 4. 加工齿轮毛坯零件 图3-4所示的零件为拖拉机上弧齿锥齿轮的毛坯零件，材料为45钢，是径向尺寸较大的盘类零件，主要加工面为内外圆柱面、圆锥面、端面（一侧端面有锥度）、倒角及切端面槽等，适于采用立式数控车床加工。需要两次安装，分别加工零件顶面和底面的内、外轮廓。
项目任务：1. 数控机床功能部件的专业化制造。 2. 数控机床的运动部件组成。 3. 数控机床的导轨及基础件。 4. 加工中心的自动换刀系统。 5. 数控机床的辅助装置。 6. 数控机床常用的刀具及工具系统 7. 与数控机床功能部件相关的知识拓展。 第一单元：模块一数控机床功能部件及专业化制造 模块二数控机床的运动部件 学习目标：1.熟知功能部件是组成数控机床的基本单元。 2.了解功能部件实施专业化生产对数控机床发展的重要意义。 3.了解数控机床主运动传动系统的特点及主传动系统常用的变速方 式。 教学重点：1.数控机床的功能部件及功能部件的其专业化制造。 2.数控机床主运动传动系统的特点及变速方式。 教学难点：数控机床主运动传动系统变速方式。 辅助教学：多媒体课件 单元学时：1学时 教学过程： 模块一数控机床功能部件及专业化制造 一、数控机床的功能部件 主轴单元（含电主轴）、五轴联动摆头、数控系统、伺服驱动及电机、滚珠丝杠副、滚动导轨副、刀库与换刀机构、数控回转刀架、回转工作台、数控工具系统、冷却润滑系统、测量反馈以及安全防护装置等统称为数控机床的功能部件，它是数控机床的重要组成部分，功能部件的性能已成为整机性能的决定性因素。 图2-1(a)所示为去掉防护装置的卧式加工中心，主轴单元、滚珠丝杠副、回转工作台、刀库和机械手及防护装置等是组成卧式加工中心的主要功能部件。 图2-1(b)所示为去掉防护装置的数控车床，主轴单元、回转刀架、滚珠丝杠副、滚动导轨副及防护装置等是组成数控车床的主要功能部件。 二、功能部件的专业化制造 功能部件生产的专业化已成为国内外数控机床制造行业的普遍做法，只有实施专业化生产，才能不断提升功能部件的发展水平，为机床制造厂提供功能完善、品质优良、运行可靠、
第七章 数控机床的机械结构 第一节 概述 数控机床机械部分如图7－1，数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多要求： ●性能要求高 ●电机过载能力强。要求有较长时间(1－30min)和较大倍数的过载能力 ●在断续负载下，电机转速波动要小。 ●速度响应要快，升降速时间要短。 ●电机温升低，振动和噪音小。 ●可靠性高，寿命长，维护容易。 ●体积小，重量轻，与机床联接容易。 第二节 数控 机床机械结构特点 一．主轴传动系统特点 主轴传动链大大缩短，变速范围大大扩大。 1. 普通电机—机械变速系统—主轴部件结构 如图7－2 能够满足各种切削运动转矩输出的要求，但变速范围不大，由于是有级变速使切削速度的选择受到限制，而且该配置的结构较复杂，所以现在仅有少数经济型数控机床采用该配置，其它已很少采用。 2.变频器—交流电机—1－2机械变速—主轴部件如图7－3 变 频 图7－2 传 统机床主轴箱 结构 图7－3 A 变频器加机械变速主轴箱结构 图7－1 数 控机床机械结构部分
这种配置的结构简单、安装调试方便，且在传动上能满足转速与转矩的输出要 求，但其调速范围及特性相对于交、直流主轴电机系统而言要差一些。 主要用于经济型或中低档数控机床上。 3. 交、直主轴电机 — 主轴部件如图7－4 这种配置形式同上面一样，但电机是性能更好交直流主轴电机，数控系统控制加在电机上的电压，实现变速，测速发电机实现自动升降速，该电机变速范围宽，最高转速可达8000 r/min ，且控制功能丰富，可满足中高档数控机床的控制要求。 4. 电主轴如图7－5 电主轴又称内装式主轴电机，是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术一起，将会把高速加工推向一个新时代。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置，即主轴与电机转子合为一体，其优点是主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止的响应特性，利于控制振动和噪声。转速高，目前最高可达200000 r/min 。其缺点是电机运转产生的振动和热量将直接影响到主轴。 5. 主轴轴承寿命大大提高 滚动轴承，滑动轴承，陶瓷轴承，磁悬浮轴承，寿命大大提高，转速从3000 rpm 上升到10000 rpm ，30000 rpm ，到200000 rpm 。 二．对数控机床进给系统要求 测速发电机 交直流电机 图7－4 交流直流主轴电 机结构 图7－3 B 变频调速示意图 图7－5 电主轴示意图